авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 15 |

«ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ЭКОНОМИКА ТРАНСПОРТА ПРИВЕДЕНИЕ СИСТЕМЫ ОПЛАТЫ ПЛАВСОСТАВА ОАО «ЗАПАДНО-СИБИРСКОЕ РЕЧНОЕ ПАРОХОДСТВО» В СООТВЕТСТВИЕ С ТРЕБОВАНИЯМИ РЫНКА ТРУДА ФГОУ ВПО ...»

-- [ Страница 7 ] --

be – номинальная эффективная мощность двигателя, кВт;

Pe – коэффициент улавливания сажи;

kc – продолжительность навигации, ч.

Для примера, с одного главного двигателя 6ЧН18/22, в среднем за навигацию можно отобрать 670 кг сажи. При промышленном производстве такого количества сажи в специ альных печах с выходом сажи 25% пришлось бы сжечь примерно 2680 кг дорогого сырья нефтяного происхождения.

При производстве раз Выход газов личных типов сажи (кроме канальной) смесь сажи и газов отделяют в специ альных аппаратах. Боль шое распространение по лучили электрофильтры, эффективность которых равна 90-98%. В них соз- 3 даются электрические поля потенциалом несколько де сятков киловольт. Возмож- ность использования самих электрофильтров с дизе лями, установленными на транспорте, проблематич- От дизеля на, но некоторые принятые в них конструктивные ре шения представляют инте рес. В частности, в элек трофильтрах свободно подвешивается значитель Сажа при отряхивании ное количество осадитель ных стержней (в электро Рисунок 2 Аппарат для осаждения и коагуляции частиц фильтрах они являются и дизельной сажи: 1-корпус с газонаправляощим устройством;

2 электродами). Для освобо корпус с осадительными стержнями;

3-ось подвески;

4 ждения стержней от осев гофрированное уплотнение;

5-стержень колебания подвески;

6 шей сажи применяется от подвеска;

7-осадительные стержни;

8-газонаправляющее ряхивание, осуществляе устройство;

9-ограждающая труба мое соответствующим ме ханизмом, а при необходимости и ручное.

На рисунке 2 показана предполагаемая конструкция аппарата для осаждения, началь ного отбора сажи выпускных газов дизеля, а также коагуляции частиц перед поступлением в мультициклон.

Для направления потока газа на стержни предложено устройство, аналогичное воздухо направляющему устройству котлов. Это устройство закручивает поток. Колебания подвески при отряхивании стержней предполагается осуществлять воздействием на стержень 5 с возвратом при помощи пружины, расположенной с внешней стороны аппарата. Одно из Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА возможных решений при этом использование электромагнита.

В соответствие с рассмотренными материалами представляются следующие направле ния дальнейших исследований:

1 Продолжение изучения свойств дизельной сажи.

2 Сопоставление свойств дизельной и промышленной сажи.

3 Поиск возможных потребителей дизельной сажи.

4 Разработка и исследование устройств, коагулирующих частицы сажи до агрегатов третичных структур размером не менее 7-8 мкм.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 Пушнин, В.П. О выборе критерия для прогнозирования газоабразивного износа поса дочной фаски выпускных клапанов дизелей // Повышение эффективности технической экс плуатации СЭУ / труды Новосиб. ин-т инженеров вод. трансп, -Вып.161. -Новосибирск, 1982.

-С. 91-99.

2 Пушнин, В.П. Структура и энергия агрегатов дизельной сажи в потоке отработавших газов // Двигателестроение. -2009. -№4. -С. 31-35.

3 Пушнин, В.П. Отбор агрегатов вторичных структур сажи // Сибирский научный вестник / Новосибирский научный центр «Ноосферные знания и технологии» Российская Академия естественных наук. -Вып.VIII. -Новосибирск: Новосиб. гос. акад. водн. трансп., 2005. -С. 72 76.

4 Кельцев, В.В. Сажа. Свойства, производство, применение / В.В. Кельцев, П.А. Теснер.

-М.-Л.: Гостоптехиздат, 1952. -172 с.

5 Зуев В.П., Михайлов В.В. Производство сажи. М.: Химия, 1965. 277 с.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: дизель, сажа, улавливание СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ: Пушнин Валерий Петрович, канд. техн. наук, доцент ФГОУ ВПО «НГАВТ»

Костюшкина Алина Алексеевна, студент ФГОУ ВПО «НГАВТ»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 630099, г. Новосибирск, ул. Щетинкина, 33, ФГОУ ВПО «НГАВТ»

СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ МЕЖФАЗНОГО ОБМЕНА ТЕПЛОМ И ИМПУЛЬСОМ ПРИ ПЛАЗМЕННОМ НАПЫЛЕНИИ ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

Учреждение РАН «Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича» СО РАН ООО «Сиб Мир»

В.И. Кузьмин, А.А. Михальченко, Е.В. Картаев, А.И. Бекетов, С.Н. Иванчик, И.С. Иванчик, Р.В. Исаенко WAY OF INCREASE OF INTENSITY OF AN INTERPHASE EXCHANGE OF HEAT AND AN IMPULSE AT A PLASMA DUSTING «Novosibirsk state academy of water transport»

«Khristianovich Institute of theoretical and applied mechanics» Siberian branch of Russian academy of sciences «Sib the World»

V.I. Kuz'min, A.A. Mihal'chenko, E.V. Kartaev, A.I. Beketov, S.N. Ivanchik, I.S. Ivanchik, R.V. Isaenko The results of designing the annular injection unit and the experimental cycle using this unit for the thermal treatment of powder materi als have been presented. The assemblage of the annular injection unit is accurately fit with the 50 kW DC plasma gun having been de veloped previously. It was shown that in contrast to the one-point injection the annular unit with a gas-dynamic focusing guarantees a dense axisymmetric heterogeneous flow (in correct mode of plasma treatment all the powder particles should cross a thermal high speed axial zone of plasma jet). From the performed analysis the advantages of powder distributed annular injection are clearly seen, it doesn’t disturb a out flowing plasma jet substantially and allows one to lengthen a powder treatment zone in comparison with the one point powder injection.

Keywords: way of increase, interphase exchange, plasma dusting Приведены результаты разработки и исследования узла кольцевого ввода порошковых мате риалов в поток термической плазмы. Конструкция узла спроектирована под разработанный ранее электродуговой плазмотрон постоянного тока номинальной мощностью 50 кВт. Показано, что в отли чие от точечного ввода, кольцевой ввод с газодинамической фокусировкой обеспечивает плотный осесимметричный гетерогенный поток (при правильном режиме все частицы порошка должны прохо Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА дить через высокотемпературную и высокоскоростную приосевую область плазменной струи). Из проведенного сравнительного анализа хорошо видны преимущества распределённого кольцевого ввода, который незначительно возмущает свободно истекающую струю плазмы и позволяет сущест венно увеличить зону обработки порошка по сравнению с точечным вводом.

На сегодняшний день самым распространённым способом ввода обрабатываемого по рошкового материала в поток термической плазмы, генерируемой каким либо технологиче ским плазмотроном, является точечный поперечный ввод (как правило, под углом 90 к оси плазменного потока) через трубку-шихтопровод на срез выходного сопла или через отвер стие в самом сопле. Указанный способ ввода порошка вносит существенные возмущения в несущий поток, что увеличивает взаимодействие струи плазмы с окружающей средой и, следовательно, приводит к быстрой диссипации высокотемпературной области струи, иска жению радиального температурного профиля [1]. Возникающая при этом неоднородность полей температуры и скорости в струе плазмы приводит к появлению в её сечениях частиц, имеющих существенные отличия по тепловой и кинетической энергии и даже находящихся в различных агрегатных состояниях. А это, естественно, значительно снижает качество по крытий при плазменном напылении. Кроме того локальный точечный ввод имеет очень низ кий КПД использования энергии плазменной струи, который обычно не превышает 6% [2].

Попытки создания конструкции плазмотрона с аксиальным вводом частиц через отвер стие в катоде успеха не имели, так как в этом случае сам порошковый материал и его пары существенно влияют на характеристики и устойчивость дугового разряда. Так же серьёзным препятствием на пути реализации данной схемы является осаждение обрабатываемого ма териала на стенках разрядного канала плазмотрона.

На наш взгляд для получения осесимметричного высокотемпературного гетерогенного потока является перспективным использование узла кольцевого ввода обрабатываемого порошкового материала. В этом случае осесимметричный радиально-сходящийся поток час тиц непосредственно за зоной анодной привязки дугового разряда позволит существенно увеличить эффективность взаимодействия потока плазмы с порошковым материалом, что значительно повысит качество и производительность обработки материала. Как показывают теоретические расчёты [3], использование узла кольцевого ввода позволяет увеличить, по сравнению с односторонним точечным, эффективность нагрева частиц и максимальную производительность обработки более чем на порядок.

Первые публикации по использованию узлов распределённого ввода, где порошковый материал подаётся в плазменный поток по кольцевой щели, появились уже более 20 лет на зад. Так в работе [4] приводится схема оригинального устройства, содержащего помимо кольцевой щели для ввода порошкового материала дополнительную кольцевую щель для подачи фокусирующего газа. Но, несмотря на это, на сегодняшний день примеров какого либо широкого использования таких устройств, или существования серийного плазменного оборудования, укомплектованного плазмотронами с узлами кольцевого ввода порошковых материалов, нам не известно. Возможно, это связано с проблемами организации устойчиво го равномерного распределения порошкового материала по кольцевой щели, зарастания щели порошком и продуктами эрозии анода, формирования высокотемпературного гетеро генного потока с малым углом раскрытия.

Несомненная перспективность распределённого ввода порошкового материала через кольцевую щель и существование указанных выше проблем послужили основанием для разработки оригинального узла кольцевого ввода и проведения соответствующих исследо ваний. Несмотря на то, что разработанный узел ввода имеет много общего с конструкцией узла, схема которого приведена в [4], принцип организации равномерного распределения порошка по периметру кольцевой щели разработанного нами устройства является ориги нальным.

Конструкция узла кольцевого ввода спроектирована под разработанный ранее электро дуговой плазмотрон постоянного тока номинальной мощностью 50 кВт. Плазмотрон выпол нен по линейной схеме с секционированной межэлектродной вставкой (МЭВ), которая обес печивает, по сравнению с плазмотронами с самоустанавливающейся длиной дуги, сущест венно большее рабочее напряжение, хорошую осевую симметрию плазменной струи и ми нимальный уровень пульсаций его параметров. Плазмотрон рассчитан на работу как в тур булентном, так и в ламинарном режиме (рисунок 1), что позволяет максимально поднять скорость истечения плазменной струи при напылении металлических порошков и макси Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА мально увеличить время пребывания частиц в потоке плазмы при напылении керамических материалов.

На сегодняшний день проведены испы тания и выполнена се рия экспериментов с узлом кольцевого вво да для термообработ ки (в частности напы ления) керамических порошковых материа Рисунок 1 – Режимы истечения плазменных струй (негатив): а) лов.

ламинарная;

б)-турбулентная В качестве рабо чих газов (плазмооб разующий, защитный, транспортирующий, фокусирующий) использовался воздух. Плазмо образующий газ подавался в канал плазмотрона тангенциально со стороны катода при по мощи кольца закрутки. Защитный газ подавался в зазор между последней секцией МЭВ и анодом также тангенциально через кольцо закрутки.

Фотографии гетерогенных потоков и порошка AL2O3 (40 мкм) до обработки (исходный) и после обработки в плазменной струе (кольцевой и точечный ввод порошка) представлены на рисунок 2.

а) б) в) г) д) Рисунок 2 – Сравнение эффективности обработки при кольцевом и точечном вводах порошка (негатив): а)-кольцевой ввод порошка с газодинамической фокусировкой;

б)-точечный ввод порошка;

в)-исходный порошок AL2O3;

г)-после плазменной обработки при кольцевом вводе;

д)-после плазменной обработки при точечном вводе Хорошо видно, что в отличие от точечного ввода, кольцевой ввод с газодинамической фокусировкой обеспечивает плотный осесимметричный гетерогенный поток (при правиль ном режиме все частицы порошка должны проходить через высокотемпературную и высоко скоростную приосевую область плазменной струи).

Порошок вводился в плазменную струю и на дистанции приблизительно 1,5 м от среза сопла собирался в воду. По степени сфероидизации можно судить об эффективности нагре ва (плавления) частиц. На рисунке представлены фотографии порошка, обработанного на режиме:

– ток дуги...................................................................................................................200 А;

– напряжение на дуге...............................................................................................250 В;

– расход плазмообразующего газа...............................................................1,5·10 -3 кг/с;

– расход AL2O3.......................................................................................................... 2 кг/ч.

Приведённые фотографии хорошо иллюстрируют преимущества кольцевого ввода по рошка (степень сфероидизации частиц практически 100%). Причём необходимо отметить, что, как правило, при точечном вводе порошка на плазмотронах мощностью до 50 кВт напы ление керамических покрытий проводится при небольших расходах плазмообразующего га Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА за (до 1 г/с), так как для полного проплавления материала необходимо увеличивать время пребывания тугоплавких, с низким коэффициентом теплопроводности, частиц порошка в плазменном потоке.

Полное проплавление частиц порошка при увеличенном расходе плаз мообразующего газа (1,5 г/с и более), в случае использования узла кольцевого ввода, обес печивает существенно большую скорость напыляемого материала и, соответственно, по вышенное качество плазменных покрытий. Это хорошо подтверждает проведённый техноло гический эксперимент, заключающийся в напылении покрытий на образцы. Так при напыле нии на образцы одних и тех же размеров при абсолютно идентичных режимах толщина по крытия, при использовании узла кольцевого ввода с газодинамической фокусировкой, ока залась на 50% больше, чем при точечном вводе, что говорит о существенно большем ко эффициенте использования материала.

Таким образом, из проведенного сравнительного анализа хорошо видны преимущества распределённого кольцевого ввода, который незначительно возмущает свободно истекаю щую струю плазмы и позволяет существенно увеличить зону обработки порошка по сравне нию с точечным вводом.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 Оптимизация ввода дисперсного материала в поток термической плазмы плазмотрона для напыления защитных и износостойких покрытий / А.И. Бекетов, В.И. Кузьмин, Е.В. Кар таев, А.А. Михальченко, Р.В. Исаенко // Сиб. науч. вестн. -Новосибирск, 2009. -Вып.ХII. С. 148-151.

2 Клубникин, В.С. Электротермические плазменные устройства и процессы напыления порошковых материалов: дис. … д-ра техн. наук / В.С. Клубникин;

ЛПИ им. М.И. Калинина. – Ленинград, 1985. -447 с.

3 Солоненко, О.П. Межфазный обмен теплом в условиях радиально-кольцевой инжек ции дисперсного материала в поток плазмы / О.П. Солоненко, А.Л. Сорокин // Изв. СО АН СССР. Сер. Техн. наук. -Новосибирск, 1990. -С. 75-82.

4 Способ плазменной обработки и плазмотрон: пат.: WO 90/12123 / Ермаков С.А., Кара сёв М.В., Клубникин В.С., Масленников В.М., Соснин Н.А., Тополянский П.А., Фёдоров С.Ю.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: способ повышения, межфазный обмен, плазменное напыление СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ: Кузьмин Виктор Иванович, канд. техн. наук, доцент ФГОУ ВПО «НГАВТ»

Михальченко Александр Анатольевич, канд. техн. наук, ст. научный сотрудник «ИТПМ» СО РАН Картаев Евгений Владимирович, канд. физ.-мат. наук, научный сотрудник «ИТПМ» СО РАН Бекетов Александр Игоревич, канд. техн. наук, доцент ФГОУ ВПО «НГАВТ»

Иванчик Сергей Николаевич, ст. преподаватель ФГОУ ВПО «НГАВТ»

Иванчик Илья Сергеевич, аспирант ФГОУ ВПО «НГАВТ»

Исаенко Роман Владимирович, инженер ООО «Сиб Мир»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 630099, г. Новосибирск, ул. Щетинкина, 33, ФГОУ ВПО «НГАВТ»

630090, г. Новосибирск, ул. Институтская, 4/1, «ИТПМ» СО РАН 630108, г. Новосибирск, ул. Станционная, 30а, оф. 812, ООО «Сиб Мир»

РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ВОССТАНОВЛЕНИЮ ДЕТАЛЕЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ГОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения»

А.А. Воробьев, И.А. Иванов, А.А. Соболев WORKING OUT OF RECOMMENDATIONS ABOUT RESTORATION OF DETAILS OF THE ROLLING STOCK OF THE RAILWAY TRANSPORTATION «Petersburg state transport university»

A.A. Vorobyev, I.A. Ivanov, A.A. Sobolev In article questions connected with repair of internal cylindrical surfaces rolling stock suspension are considered.

Keywords: repair, microstructure, zone of thermal influence, internal cylindrical surfaces Рассмотрены вопросы, связанные с ремонтом внутренних цилиндрических поверхностей люлеч ного подвешивания подвижного состава.

Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА На предприятиях железнодорожного транспорта традиционным способом ремонта из ношенных деталей подвижного состава является электродуговая наплавка. На кафедре «Технология металлов» ПГУПСа была создана автоматическая наплавочная установка УНП-01Р, позволяющая эффективно наплавлять люлечные подвески в автоматическом ре жиме [1]. Эскиз люлечной подвески представлен на рисунке 1.

Буквой А на эскизе обозначена зона износа. Подвеска изготовлена из стали 45, высота ее проушины составляет 50 мм, а диаметр после предварительной расточки – 80 мм.

Наплавка осуществляется самозащитной порошковой про волокой ПП-СП 10 при постоянном токе обратной полярно сти.

Наплавка проушины осуществляется при вертикальном положении оси последовательным наложением кольцевых валиков снизу вверх в непрерывном режиме. Металлогра фические исследования проводились на образцах, выре занных из четырех проушин, наплавленных при различных режимах. Заготовки, используемые в дальнейшем для при готовления микрошлифов, вырезались из наплавленной проушины перпендикулярно к поверхности наплавки. При этом каждая заготовка разрезалась на две части поперек наплавки и от полученной «половинки» отрезалась внешняя часть, не представляющая исследовательского интереса, поскольку главные роли в оценке качества наплавки играют сам наплавленный слой, линия сплавления и относительно узкая зона термического влияния, претерпевающая высоко- Рисунок 1 – Эскиз температурный нагрев. люлечной подвески На рисунках 2-4 приведены фотографии микроструктур, выполненные на двух образцах. Металлографические исследования образцов, вырезанных из восстановленных проушин, показали, что при выбранных режимах наплавленный металл по всей высоте проушины имеет феррито-перлитную структуру. Размеры зерен сопостави мы с размерами зерен основного металла (№ 9-10 по шкале 1 ГОСТ 5639-82) и имеют столбчатое строение с ориентацией кристаллов перпендикулярно стенке отверстия.

В нижней части проушины (рисунок 2) хорошо просматривается узкая граница переме шивания основного и наплавленного металлов, не имеющая структурных аномалий. Это свидетельствует о хорошей свариваемости основного и наплавочного металлов, отсутствии в зоне термического влияния структурных последствий перегрева, а также закалочных структур.

Рисунок 2 – Микроструктура образца из Рисунок 3 – Микроструктура (100) восстановленной проушины (нижняя образца из восстановленной проушины часть) (20-25 мм от кромки) Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА По мере удаления от нижней кромки про ушины картина меняется. На расстоянии 20 25 мм от кромки появляется характерная круп нозернистая зона перегретого металла (до № по дополнительной шкале 2 ГОСТ 5639-82), примыкающая к наплавленному и плавно пе реходящая в основной металл (рисунок 3). Эта зона расширяется к верху проушины и имеет структуру Видманштетта, состоящую из круп ных зерен перлита с выделением по их грани цам игл феррита [2]. Очевидно, что с ростом теплонасыщения проушины возрастает время пребывания металла в условиях высоких тем ператур и замедляется его охлаждение в ин тервале фазовых превращений. Следует от метить, что предварительные опыты показали невозможность использования в приведенной установке напряжения наплавки ниже 31 В.

Рисунок 4 – Микроструктура (100) Низкая погонная энергия процесса приводит к образца из восстановленной проушины локальным несплавлениям основного и на (20-25 мм от кромки) при изменении плавленного металла, а также к образованию режима наплавки шлаковин в нижней части наплавляемой про ушины.

Таким образом, с одной стороны необходимо обеспечить достаточный прогрев нижней части проушины. С другой стороны желательно снизить тепловую нагрузку на верхнюю часть проушины. С целью выявления особенностей термического цикла наплавки были про изведены теоретические и экспериментальные исследования термического цикла наплавки, которые показали характер развития тепловых полей [3]. Вследствие этого представляется целесообразным производить наплавку на изменяющимся режиме.

С целью уменьшения структурной неоднородности по высоте проушины опробовались режимы наплавки, изменяющиеся в сторону уменьшения в процессе ее выполнения. Этим обеспечивалось уменьшение эффективной тепловой мощности дуги и, таким образом, сни жение температуры наплавляемой поверхности в конце наплавки по сравнению с наплавкой при постоянном напряжении. После нанесения первых двенадцати валиков напряжение на дуге снижалось до 27 В.

Эти изменения режима никак не влияют на структурообразование в нижней части про ушины, но улучшают структуру в верхней ее части (снижение размера зерна до №2 по до полнительной шкале 2 ГОСТ 5639-82). При этом сокращается протяженность зоны термиче ского влияния, уменьшается размер перлитных зерен, ферритная окантовка не имеет игл (рисунок 4). Можно утверждать, что изменение режимов в процессе наплавки способствует снижению структурной неоднородности наплавленного слоя и зоны термического влияния.

Следует отметить, что разное увеличение микроструктур в приведенной работе обу словлено масштабным фактором. Крупное зерно в верхней части проушины не позволило использовать увеличение 100, ввиду невозможности охвата характерных зон наплавки.

Выводы:

1 При непрерывной наплавке внутренних цилиндрических поверхностей в ЗТВ наблю дается рост зерна в верхней части проушины.

2 Для уменьшения размера зерна в верхней части проушины целесообразно снижать погонную энергию наплавки на завершающей стадии.

3 Управляемый режим наплавки является перспективным направлением развития тех нологии наплавки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 Попов, В.С. Новые технологии восстановления наплавкой деталей подвижного соста ва / В.С. Попов // Конструкционно-технологическое обеспечение надежности подвижного со става: сб. науч. тр. / ПГУПС. -СПб., 1994. -С. 93-96.

2 Болховитинов, Н.Ф. Атлас микро- и макроструктур металлов и сплавов / Н.Ф. Болхо Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА витинов, Е.Н. Болховитинова. -М.: Машгиз, 1959. -22 с.

3 Sobolev, A. Welding thermal cycle analisis for swing suspension hangers / А. Sobolev // New technologies and construction in transportation: intern. Scientific Seminar POLISH-CZECH REPUBLIC-RUSSIA, Katowice-Ostrava, 13-19 may 2000 year. -P. 73-75.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ремонт, микроструктура, зона термического влияния, внутренние цилиндрические по верхности СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ: Воробьев Александр Алфеевич, канд. техн. наук, доцент ГОУ ВПО «ПГУПС»

Иванов Игорь Александрович, докт. техн. наук, профессор ГОУ ВПО «ПГУПС»

Соболев Александр Альбертович, канд. техн. наук, доцент ГОУ ВПО «ПГУПС»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 190031, г. Санкт-Петербург, пр. Московский, 9, ГОУ ВПО «ПГУПС»

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК ГОРОДСКОГО ТРАНСПОРТА ГОУ ВПО «Челябинское высшее военное автомобильное командно инженерное училище»

В.В. Руднев INCREASE OF EFFICIENCY OF POWER-PLANTS OF THE MUNICIPAL TRANSPORTATION «Chelyabinsk higher military automobile command-engineering school»

V.V. Rudnev Article is devoted to the description of the device and a principle of work of engines with the direct pressurization, capable not only to provide on a mode of braking accumulation of energy as compressed air under a high pressure, but also the subsequent application of this energy for speeding up of the engine on peak modes, and as consequence, increase of efficiency of power-plants of a municipal transportation.

Keywords: engine, power-plant, municipal transportation, pressurization, recuperation, accumulation, efficiency, diesel Статья посвящена описанию устройства и принципа работы двигателей с непосредственным наддувом, способных не только обеспечить на режиме торможения накопление энергии в виде сжато го воздуха под высоким давлением, но и последующее применение этой энергии для форсирования двигателя на пиковых режимах, и как следствие, повышение эффективности силовых установок го родского транспорта.

В последнее время все большее внимание уделяется вопросам повышения экономиче ских и экологических показателей городского транспорта. Силовые установки городских ав томобилей эксплуатируются большую часть времени на неэкономичных режимах: холостого хода – в пробках и у светофоров, пиковых нагрузок – во время начала движения и маневри ровании. Возникает проблема, так как двигатели внутреннего сгорания (ДВС), применяемые в качестве силовых установок автомобилей, имеют высокие экономические и экологические показатели на установившихся режимах работы.

Решением этой проблемы является совершенствование автомобильных силовых уста новок (СУ) в направлениях связанных с повышением их экономичности и снижения токсич ности на неустановившихся режимах работы. Радикальным методом решения этой пробле мы является реализация принципиальной возможности аккумулирования и утилизации энер гии в форме теплоты, содержащейся в отработавших газах, например в тепловых аккумуля торах, когенерационных установках, различных расширительных машинах и двигателях Стирлинга [2]. Такое решение может обеспечить повышение коэффициента полезного дей ствия (КПД) СУ на 15-30%, а также существенно снизить токсичность отработавших газов.

Поскольку другие способы совершенствования тепловых двигателей в направлении повы шения их КПД к настоящему времени практически исчерпаны, а практическое применение этого метода в автомобильных СУ достаточно проблематично [1].

В связи с ограниченностью резервов совершенствования СУ, как энергопреобразующей системы, целесообразен анализ надсистемных факторов, а именно критериев эффективно сти автомобиля в целом и их взаимосвязи с выходными показателями СУ.

Эффективность современный легковой автомобиля равна:

Со Пмi Т i Кэ, (1) ПэтТ о Сi где Пм – текущая производительность;

i Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА – текущие основные затраты;

Тi – текущее время работы;

Сi Пэт – эталонная производительность;

– эталонные затраты;

То – эталонная долговечность агрегата.

Cо Для анализа преобразуем выражение (1) в следующий вид [1] Gто Пм iТ i Пм экс Кэ Т1 Т 2, (2) ПоТ о Gт i Gт экс где По, Gт – эталонные производительность автомобиля и эксплуатационный расход топ о лива при реализации оптимальной тягово-скоростной характеристики;

Пм экс – относительная средняя производительность;

Gт экс – относительный эксплуатационный расход топлива;

– относительное время работы автомобиля;

Т – относительное время работы автомобиля при достижении эталонных показате Т лей, Т1 Т 2 1.

Практика эксплуатации легковых автомобилей показывает, что их характеристики, близ кие к эталонным ( Т 2 0), практически не реализуются, коэффициент использования мощно сти двигателя составляет 0,3-0,5 при существенном ухудшении экономичности и повышении токсичности. Причины указанного состоят в том, что номинальная мощность двигателя вы бирается не по требуемой величине для преодоления основных сопротивлений движению, а по величине требуемой для кратковременных разгонов. В результате эффективность легко вого автомобиля составляет не более К э 0,2-0,4. В то же время, в технике для других транспортных средств, эффективность, как характеристика степени соответствия реализуе мого эффекта применения потенциальному, находится на уровне не ниже К э 0,75-0,8 [1].

Таким образом, с позиций целесообразности расходования ресурсов, СУ легкового ав томобиля недостаточно эффективна, особенно в городе. Для реализации концепции город ского автомобиля, которая позволит существенно повысить его эффективность, необходимо сформулировать концепцию его СУ. Её главными положениями являются:

– целесообразность максимально возможного снижения мощности теплового двигателя и оптимизации его рабочих режимов для повышения экономичности и снижения токсичности отработавших газов;

– необходимость аккумулирования энергии отработавших газов и инерции движения ав томобиля с ее последующим использованием для обеспечения требуемых динамических показателей автомобиля;

– возможность частичного восстановления запаса энергии за счет внешнего источника.

Одним из методов частично выполняющим эти положения является увеличение массо вого наполнения цилиндра двигателя воздухом накопленным в процессе работы или на ре жимах торможения двигателем.

Применительно к двигателям с газотурбинным наддувом, предлагается подключение дополнительного источника энергии для привода компрессора при обеспечении поршневого двигателя необходимым количеством наддувочного воздуха в соответствии с нагрузкой и повышение приемистости на переходных режимах работы двигателя [3].

Решение поставленной задачи достигается тем, что в выпускной системе поршневого ДВС (рисунок 1) устанавливается газовая турбина, а на входе во впускной коллектор ком прессор для нагнетания воздуха [2]. Газовая турбина и компрессор имеют один вал с высо кочастотным электрическим мотор-генератором, который на установившихся режимах рабо ты двигателя приводится в действие от газовой турбины, и как электрический генератор вы рабатывает электрическую энергию для заряда аккумуляторной батареи, а на переходных режимах работает как электрический мотор, получающий электрическую энергию от аккуму лятора для привода компрессора. Управление режимами работы высокочастотного электри ческого мотор-генератора осуществляется через блок управления в зависимости от импуль сов датчика частоты вращения коленчатого вала и датчика органа управления двигателем.

Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА Имеется возможность заряжать аккумулятор от внешнего источника.

Рисунок 1 – Дизель с газотурбинным наддувом и высокочастотным мотор-генератором: 1 поршневой ДВС;

2-выпускной коллектор;

3-впускной коллектор;

4-газовая турбина;

5-компрессор;

6-вал;

7-высокочастотный электрический мотор-генератор;

8-аккумулятор;

9-блок управления;

10-орган управления двигателем;

11-датчик частоты вращения коленчатого вала Другим способом ре- 4 шить поставленные задачи можно, если обеспечить подачу сжатого воздуха че рез дополнительный клапан (рисунок 2) под большим давлением непосредствен но в цилиндр двигателя в период, когда впускной и выпускной клапаны закры ты [4, 5].

Этот способ подразу- мевает не постоянную по дачу сжатого воздуха в ци линдр, а только в случаях резкого ускорения транс портного средства или при возникновении кратковре менных пиковых внешних нагрузок. Рисунок 2 – Двигатель с непосредственным наддувом: 1 охладитель;

2-аккумулятор сжатого воздуха (ресивер);

3 Для двигателей с непо золотниковый клапан;

4-клапан управления подачи воздуха;

5 средственным впрыском блок электронного управления;

6-нагнетательный клапан;

7 топлива установка допол поршневой двигатель внутреннего сгорания нительного клапана позво ляет использовать часть такта сжатия для нагнетания воздуха в аккумулятор, который возможно подзаряжать от внешнего источника сжатым воздухом. Наличие дополнительного клапана может быть ис пользовано для повышения пусковых качеств двигателя и обеспечения его высоких эконо мических показателей, за счет изменения степени сжатия в зависимости от начала открытия и закрытия указанного клапана на такте сжатия.

Дальнейшая разработка двигателя с высоким непосредственным наддувом (рис. 3), по зволяет не только обеспечить на режиме торможения накопление энергии в виде сжатого воздуха под высоким давлением, но и аккумулирование теплоты отработавших газов с по Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА следующее применение этой энергии для форсирования двигателя на пиковых режимах, а также повышения его пусковых качеств, и как следствие, повышения экономических и эколо гических показателей [6]. При этом не потеряв возможность заряжать баллоны сжатым воз духом от внешнего источника.

Рисунок 3 – Двигатель с высоким непосредственным наддувом: 1-картер;

2-кривошипно шатунный механизм;

3-цилиндр;

4-поршень;

5-топливная форсунка;

6-впускной коллектор;

7 впускным клапаном;

8-выпускной клапан;

9-тепловой аккумулятор;

10-нагнетательный клапан;

11-перепускной клапан;

12,14-охладитель воздуха;

13-ресивер низкого давления;

15-ресивер высокого давления;

16-выпускной коллектор;

17-выпускной электромагнитный клапан;

18-нагнетательный электромагнитный клапан Достигается это тем, что двигатель, изготавливается с высокой геометрической степе нью сжатия (от 24 до 28). В головке цилиндра имеются нагнетательный и перепускной кла паны, которые, с одной стороны, позволяют наполнять сжатым воздухом с промежуточным его охлаждением ресивер низкого давления, и на режимах торможения двигателем напол нять воздухом, с промежуточным его охлаждением, ресивер высокого давления, а с другой обеспечивать переменную фактическую степень сжатия. Сжатый воздух из ресивера высо кого давления через специальный клапан, нагреваясь в тепловом аккумуляторе, в котором накапливается теплота отработавших газов, подается во время такта расширения на режи ме резкого увеличения мощности.

В дизелях непосредственный наддув [4] позволяет улучшить процессы смесеобразова ния при организации направленной подачи струи сжатого воздуха в камеру сгорания, сни зить тепловую напряженность деталей цилиндропоршневой группы.

Заметим, что предложенные способы повышения литровой мощности применимы как на двигателях без наддува, так и на двигателях, оборудованных любыми системами наддува.

Вывод: Повышение эффективности силовых установок городского транспорта связано с их способностью рекуперировать и накапливать энергию в различного рода аккумуляторах.

Радикальным методом решения указанной задачи является реализация принципиальной возможности аккумулирования и утилизации энергии в виде сжатого воздуха в ресиверах и теплоты, содержащейся в отработавших газах, в тепловых аккумуляторах, и последующее Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА применение этой энергии для форсирования двигателя на пиковых режимах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 Арав, Б.Л. Концепция экологически безопасной комбинированной энергетической ус тановки городского автомобиля / Б.Л. Арав, В.В. Руднев // Вестн. Рос. акад. трансп. / Курган.

гос. ун-т. -Курган, 2005. -Вып.5. -С. 112-114.

2 Руднев, В.В. Двигатель для утилизации теплоты отработавших газов / В.В. Руднев, В.С. Кукис // Труды международного форума по проблемам науки, техники и образования / Акад. наук о земле. -М.,2000. -Т.1. -С. 56-57.

3 Пат. 62662 Российская Федерация. Комбинированный двигатель / Руднев В.В., Хаса нова М.Л., Пупков В.В. -опубл. 27.04.07, Бюл. №12;

приоритет 30.10.06.

4 Непосредственный наддув как способ повышения приемистости ДВС / В.В. Руднев, В.С. Кукис, М.Л. Хасанова, О.И. Быстров // Науч. вестн. / ЧВВАКИУ. -Челябинск, 2009. Вып.20. -С. 122-124.

5 Пат. 85556 Российская Федерация. Двигатель внутреннего сгорания / Руднев В.В., Ха санова М.Л., Кукис В.С. -опубл. 10.08.09, Бюл. №22;

приоритет 20.03.09.

6 Пат. 89179 Российская Федерация. Двигатель внутреннего сгорания / Руднев В.В., Ха санова М.Л. -опубл. 27.11.09, Бюл. №33;

приоритет 08.05.09.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: двигатель, силовая установка, городской транспорт, наддув, рекуперация, аккумулирова ние, эффективность, дизель СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ: Руднев Валерий Валентинович, канд. техн. наук, профессор ГОУ ВПО «Челябинское ВВАКИУ»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 454029, г. Челябинск, пр. Победы, 187, ГОУ ВПО «Челябинское ВВАКИУ»

РЕКУПЕРАЦИОННЫЙ ВОЗДУШНО-ГИБРИДНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ГОРОДСКОГО ТРАНСПОРТА ГОУ ВПО «Челябинское высшее военное автомобильное командно инженерное училище»

А.А. Смолин, Е.С. Терещенко REQUPERAZIONY THE AIR-HYBRID ENGINE FOR A MUNICIPAL TRANSPORTATION «Chelyabinsk higher military automobile command-engineering school»

A.A. Smolin, E.S. Tereshchenko Article is devoted the description of the device and a work principle recuperation the air-hybrid engine for a municipal transportation, ca pable to provide accumulation of energy in the form of compressed air under a high pressure, but also application of this energy for en gine speeding up on various modes, and as consequence, improvement of economic and ecological indicators of efficiency of power plants of a municipal transportation.

Keywords: the engine, power-plant, municipal transportation, recuperation, accumulation, efficiency Статья посвящена описанию устройства и принципа работы рекуперационного воздушно гибридного двигателя для городского транспорта, способных обеспечить накопление энергии в виде сжатого воздуха под высоким давлением, но и применение этой энергии для форсирования двигателя на различных режимах, и как следствие, улучшение экономических и экологических показателей эф фективности силовых установок городского транспорта.

К силовым агрегатам современных транспортных средств (автомобили, тракторы, сель скохозяйственные машины, дорожно-строительная техника) предъявляются разнообразные требования со стороны эксплуатирующих организаций и органов санитарного надзора, в том числе: соответствие тяговой характеристики потребностям машины, высокая топливная эко номичность, небольшие затраты на изготовление, техническое обслуживание и ремонт, на дежность и безотказность в работе, большой моторесурс до капитального ремонта, быстро та ввода в действие, простота обслуживания и управления. Весьма актуальны и требования к уровню выброса в атмосферу токсичных и загрязняющих веществ.

В зависимости от специфики транспортной установки, ее назначения и условий работы, значимость тех или иных требований изменяется. Так, например, при работе в городских ус ловиях, особенно на объектах с ограниченным пространством (карьеры, туннели, производ ственные помещения), к силовым агрегатам предъявляются высокие требования в отноше Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА нии шумности и выброса загрязняющих атмосферу веществ. Эти требования определяют выбор вида двигателя транспортной установки и преобладают над такими показателями, как топливно-экономические или весогабаритные [1].

Возникает проблема повышения КПД и снижения токсичности отработавших газов си ловой установки. Решение данной проблемы заключается в необходимости накопления энергии в аккумуляторе или по другому рекуперировать энергию, с последующим экономич ным использованием этой энергии на различных режимах работы.

Рекуперационный воздушно-гибридный двигатель – это относительно простая конст рукция силовой установки для автомобиля, позволяющая устранить большинство недостат ков «современных» двигателей, и в несколько раз увеличить мощность при тех же размерах двигателя [2].

Последствия этого колоссальные – это экономия топлива и увеличение загрузки транс портных средств, это минимизация силовой установки, позволяющая в тех же габаритах разместить дополнительное оборудование (это важно, например, для специальных и бое вых машин), и много других уникальных качеств. Мало того, воздушная рекуперация энергии позволяет очень хорошо экономить на топливе, а это существенный аргумент для выбора покупателем именно этого двигателя, т.к. воздушная рекуперация стоит недорого.

Двигатель, разработанный на кафедре двигателей Челябинского ВВАКИУ (рисунок 1), позволяет не только обеспечить на режиме торможения накопление энергии в виде сжатого воздуха под высоким давлением, но и последующее применение этой энергии для форсиро вания двигателя на пиковых режимах, а также повышения его пусковых качеств, и как след ствие, повышения экономических и экологических показателей [5].

Рисунок 1 – Двигатель с высоким непосредственным наддувом: 1-картер;

2-кривошипно шатунный механизм;

3-цилиндр;

4-поршень;

5-топливная форсунка;

6-впускной коллектор;

7 впускным клапаном;

8-выпускной клапан;

9-тепловой аккумулятор;

10-нагнетательный клапан;

11-перепускной клапан;

12,14-охладитель воздуха;

13-ресивер низкого давления;

15-ресивер высокого давления;

16-выпускной коллектор;

17-выпускной электромагнитный клапан;

18-нагнетательный электромагнитный клапан Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА На базе предлагаемой разработки можно перекрыть нишу «маленького и слабенького»

на «маленького и мощного» автомобиля, удовлетворить многие требования потребителей, сделать автомобиль для мегаполисов с автоматизацией дорожных ситуаций трогания движения-остановки-парковки и т.д., с нулевым выбросом вредных веществ, с функцией ав томатического отключения двигателя при остановке, трогании и движения от воздуха [2].

Энергия, освобождаемая при расширении сжатого воздуха, зависит от характера изме нения давления во время расширения и не может однозначно определяться объемом бака Vнач и давлением pнач. Однако если начальное давление намного больше конечного (напри мер, 2 МПа при конечном давлении в 0,1 МПа) [6], то получаемую энергию упрощенно можно считать равной потенциальной энергии, запасенной в баке, при условии что температура окружающей среды T0 равна температуре внутри баллона T, и выразить формулой [6] n W pi dVi, i Учитывая, что pV mR0T, удельная аккумулирующая способность резервуара сжатого воздуха равна v кон Vкон T V dV mR T ln V W mR0.

нач v нач При давлении 2 МПа и плотности воздуха 1 кг/м3 удельная аккумулирующая способ ность резервуара сжатого воздуха составляет по этому расчету 1 МДж/кг. Удельная аккуму лирующая способность пневматического аккумулятора в целом намного меньше, так как масса резервуара в несколько раз больше, чем масса запасенного в нем сжатого воздуха.

Приблизительно можно считать, что удельная аккумулирующая способность пневматиче ских аккумуляторов при давлении (0,2-2,0) МПа составляет (0,01-0,20) МДж/кг или (3 60) Вт/кг. КПД аккумулятора составляет приблизительно 50%, а себестоимость аккумулиро ванной энергии – приблизительно 50 €/кВт [6].

Конструкция двигателя такова, что в его кинематику органично вписывается механика системы рекуперации энергии (СРЭ), которая позволит получить на его базе гибридную воз душно-рекуперационную силовую установку, позволяющую накапливать воздух в ресиверах при торможении или при движении, использующей небольшую часть мощности двигателя.

Согласно исследованиям, в ближайшее время самый сильный рост будет наблюдаться в сегменте гибридных силовых установок – ежегодно 21,4%, достигая 11% от ежегодного производства всех видов двигателей до 2015 года (микро – 70%, полноразмерные – 35%, средние – 6%) – это главный растущий сегмент авторынка [4].

Анализ тенденции развития комбинированных энергетических установок (КЭУ), показы вает, что тема рекуперации и воздушного привода стала интересна для многих разработчи ков двигателей, предложения на эту тему имеются, например, у фирм МДИ, Скудери, фирма Energine из Южной Кореи разрабатывает автомобиль PHEV (Pneumatic hybrid electric vehicle) с гибридным электропневматическим приводом. Активно в этом направлении работают бри танцы. Потенциал этой технологии огромен. Ставка транспортного налога в крупнейших странах Европы сейчас зависит не от мощности, а от уровня эмиссии углекислоты. Причем, с каждым годом она будет ужесточаться. Экология становится стратегическим приоритетом Европы [4].

У электромеханических гибридных систем КПД «на круг» – «от колес обратно к коле сам» – составляет около 60%. Эта величина обеспечивается при малых мощностях, а при больших аккумулятор работает на больших токах и его КПД ощутимо снижается. Это требу ет от владельцев гибридных автомобилей размеренного движения в городских условиях – с плавными разгонами и торможениями [5].

Но не всегда дорожная обстановка и темперамент водителя позволяют так двигаться.

Напротив, воздушная система энергорекуперации работает тем эффективнее, чем больше ее мощность, как и любая машина объемного расширения, и КПД «от колес обратно к коле сам» составит до 75% [5].

Пиковая мощность системы рекуперации, например, у гибридного автомобиля Toyota Prius II составляет около 35 кВт, а у автомобиля с СРЭ она составит 135 кВт [5].

На автомобиле с СРЭ можно будет экономить топливо, не изменяя стиля вождения, что будет очень полезно в мегаполисах с «рваным» ритмом движения, особенно в часы пик [4].

Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА Это означает, что недоступная ранее из-за дороговизны система рекуперации энергии теперь потенциально дешевле и эффективнее, чем ставшие уже привычными бензиново электрические гибриды.

Двигатель максимально отвечают потребностям рынка – без сильных изменений конст рукции, экономичные, экологически чистые, простые в изготовлении, могут использовать в качестве топлива бензин, дизельное топливо, газ. При этом сложных механических опера ций и сложных технологий при производстве двигателя не требуется.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 Арав, Б.Л. Концепция экологически безопасной комбинированной энергетической ус тановки городского автомобиля / Б.Л. Арав, В.В. Руднев // Вестн. Рос. акад. трансп. / Курган.

гос. ун-т. -Курган, 2005. -Вып.5. -С. 112-114.

2 Умняшкин, В.А. Разработка методики расчета мощностных и конструктивных парамет ров энергосиловой установки электромобиля гибридного типа на примере легкового автомо биля / В.А. Умняшкин, Н.М. Филькин // Вестн. Рос. акад. трансп. / Курган. гос. ун-т. -Курган, 1999. -Вып.2. -С. 49-53.

3 Электромобиль: техника и экономика / под ред. В.А. Щетины. -Л.: Машинострое ние,1987. -253 с.

4 Яковлев, А.И. Взгляд на перспективы развития энергетических установок автомобилей / А.И. Яковлев, А.А. Эйдинов // Автостроение за рубежом. -1998. -№10. -С. 14-19.

5 Пат. 89179 Российская Федерация. Двигатель внутреннего сгорания / Руднев В.В., Ха санова М.Л. -опубл. 27.11.09, Бюл. №33. -приоритет 08.05.09.

6 Костин, К.И. Основы теории тепловых процессов и машин: учеб. пособие / К.И. Костин, А.И. Сакович. -Омск: Ом. танковый инженер. ин-т, 2000. -190 с.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: двигатель, силовая установка, городской транспорт, рекуперация, аккумулирование, эф фективность СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ: Смолин Андрей Александрович, преподаватель ГОУ ВПО «Челябинское ВВАКИУ»

Терещенко Евгений Сергеевич, адъюнкт ГОУ ВПО «Челябинское ВВАКИУ»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 454029, г. Челябинск, пр. Победы, 187, ГОУ ВПО «Челябинское ВВАКИУ»

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ТОПЛИВА ДЛЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

Ю.В. Борисенко PERSPECTIVE ALTERNATIVE FUELS FOR DIESEL ENGINES «Novosibirsk state academy of water transport»

Ju. V. Borisenko Necessity of research and usage of alternative fuel is caused by deterioration of ecological conditions, a rise in price of oil and a future exhaustion of the supply of nowadays existing deposits.

Keywords: alternative fuel, natural gas, spirit fuels, vegetable oils Необходимость исследования и применения альтернативного топлива вызвана ухудшением эко логической обстановки, подорожанием нефти и грядущим истощением запасов ныне существующих месторождений.

По оценке специалистов мировых запасов нефти хватит ориентировочно на 50-60 лет, при этом прогнозы по полной выработке российской нефти по разным оценкам колеблются в пределах 25-35 лет. Таким образом, уже к середине XXI века перед обществом встанет серьезная проблема по замене бензина и дизельного топлива на альтернативные виды топ лива.

Важной особенностью перевода дизелей на альтернативные топлива является возмож ность достижения требуемых эксплуатационно-технических показателей без изменения кон струкции двигателя или при ее незначительных изменениях.

Альтернативные топлива, применяемые в дизельных двигателях, условно разделяют на Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА три группы [2]. К первой группе относят смесевые топлива, содержащие нефтяные топлива с добавками не нефтяного происхождения (спиртами, эфирами и т.д.). Вторая группа включа ет синтетические жидкие топлива, которые получают при переработке твердых, жидких или газообразных полезных ископаемых (природного газа, газовых конденсатов и др.). К третьей группе относят не нефтяные топлива (спирты, эфиры, растительные масла и др.).


Рассмотрим наиболее предпочтительные виды альтернативных топлив.

Природный газ. Природный газ рассматривается в настоящее время как наиболее ве роятное сырье для производства моторных топлив. Из природного газа получают синтетиче ские жидкие топлива (СЖТ), близкие по своим свойствам к традиционным дизельным топли вам. В работе [1] приведены экспериментальные данные, подтверждающие улучшение по казателей токсичности ОГ при использовании синтетических топлив из природного газа. Это относится к выбросам продуктов неполного сгорания топлива - углеводородов и сажи (твер дых частиц). Меньшему выбросу сажи и других продуктов неполного сгорания способствует высокая реакционная способность парафиновых углеводородов, из которых почти полно стью состоят синтетические топлива.

Хорошая воспламеняемость СЖТ из природного газа (высокое ЦЧ) обеспечивает эф фективную работу дизеля на этих топливах даже при пониженных значениях степени сжатия е. Это позволяет уменьшить температуру конца сжатия, максимальную температуру цикла, снизить выбросы оксидов азота, уменьшить тепловую напряженность деталей камеры сго рания (КС) и повысить ресурс работы двигателя без заметного ухудшения топливной эконо мичности.

Недостатком синтетических топлив является вязкостно-температурные характеристики и высокие температуры застывания и помутнения, что также связано с большим содержани ем в них парафиновых углеводородов. Себестоимость СЖТ в несколько раз выше себе стоимости топлива, получаемого из нефти. Транспортировка природного газа требует боль ших капитальных затрат и расхода энергии.

Спиртовые топлива. Наиболее перспективными из альтернативных топлив для дизе лей являются спирты и их производные - эфиры, получаемые при воздействии неорганиче ских кислот на соответствующие спирты. Наиболее исследованными для применения в ди зелях являются – метиловый спирт (метанол) и этиловый спирт (этанол). Этиловый спирт является хорошим растворителем смол, жиров и других органических веществ. Это позво ляет получать на его основе различные смесевые топлива, приближающиеся по своим свойствам к стандартным дизельным топливам.

Основным недостатком спиртов является плохая воспламеняемость в цилиндрах дизе лей, что требует использования различных мероприятий для их принудительного воспламе нения. Этот недостаток усугубляется высокой испаряемостью спиртов и, как следствие, пе реохлаждением спиртовоздушной смеси. В частности, теплота испарения метанола в 4,4 раза больше теплоты испарения дизельного топлива (соответственно 1115 и 250 кДж/кг) при низкой температуре кипения, что обуславливает чрезмерное охлаждение воздушного заряда при испарении спирта и при низких ЦЧ и высоких температурах самовоспламенения спиртов приводит к их плохому воспламенению в КС дизеля. Меньшие значения низшей те плоты сгорания по сравнению с дизельным топливом (соответственно 19670 и 42500 кДж/кг) приводят к необходимости корректирования цикловой подачи топлива для сохранения мощ ностных показателей дизеля [1].

Таким образом, применение спиртов в дизелях в чистом виде требует конструктивных изменений двигателя. С целью улучшения воспламенения спиртов используются двухтоп ливные системы питания, которые наряду с подачей спирта обеспечивают подачу запальной дозы дизельного топлива. Подача смесей спирта с дизельным топливом с помощью тради ционной аппаратуры затруднена из-за плохой смешиваемости этих видов топлива. Следует отметить, что этанол смешивается с дизельным топливом ограниченно, то есть не образует стабильных смесей, а метанол вообще их не образует. Получение таких смесей возможно лишь при добавлении различных стабилизаторов.

Растительные масла. Растительные масла являются жирами семян или плодов раз личных растений, получаемых прессованием или извлечением с использованием раствори телей. Жирные кислоты, являющиеся основным компонентом растительных масел, пред ставляют собой высокомолекулярные кислородосодержащие соединения с углеродным ос нованием. Поэтому все масла являются горючими и могут применяться в качестве моторных топлив.

Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА Особенностью растительных масел является наличие в их составе большого количест ва кислорода (8-12%). Присутствие кислорода снижает температуру сгорания растительных масел в дизельных двигателях и значительно улучшает экологические свойства этих топлив.

В проводимых исследованиях дизелей, работающих на растительных маслах, отмечается снижение дымности ОГ и содержания в них продуктов неполного сгорания топлива [5].

Одной из проблем использования растительного масла в чистом виде является повы шенное нагарообразование – отложение кокса на распылителях форсунок. Для снижения коксуемости необходимо очищать растительные масла от смолистых веществ и проводить мероприятия, снижающие коксообразование в КС дизеля (периодическая работа на высо кофорсированных режимах, периодическая подача водотопливных эмульсий через распы ливающие отверстия и др.).

Топлива из растительных масел отличаются высокой биоразлагаемостью. Попадая в почву и природные водные бассейны, они практически полностью разлагаются в течение нескольких недель. Растительные масла отличаются хорошими экологическими качествами из-за малого содержания в них серы и полициклических углеводородов [4, 5].

Биотопливо на основе растительных масел можно производить более чем из 50 масличных культур (подсолнечное, рапсовое, соевое, льняное, пальмовое, арахисовое, хлопковое, касторовое и др.) [1, 2]. Для использования в качестве топлива для дизелей наи более перспективным является рапсовое масло.

Рапсовое масло представляет собой смесь моно-, ди- и триацилглицеринов. Большое разнообразие в строении молекул ациглицеринов существенно влияет на физико химические свойства рапсового масла (таблица) [4].

Отличия физических свойств рапсового масла от свойств стандартных дизельных топ лив оказывает влияние на процессы топливоподачи и смесеобразования. Низкая тепло творная способность этого масла являются причиной увеличения цикловой подачи масла и его часового расхода по сравнению с дизельными топливами по ГОСТ 305-82. Повышенное поверхностное натяжение рапсового масла повышает неоднородность его распыливания.

Из-за повышенной плотности и вязкости увеличивается максимальное давление впрыскива ния. Действительный момент начала впрыскивания топлива смещается при этом в сторону увеличения угла опережения впрыскивания топлива [1]. Необходимо корректировать про цесс топливоподачи при работе дизельного двигателя на рапсовом масле.

Рапсовое масло перерабатывают в метиловый или этиловый эфир рапсового масла.

Физико-химические свойства метилового эфира рапсового масла (МЭРМ) очень близки к свойствам стандартного дизельного топлива (таблица). МЭРМ может подаваться в цилинд ры дизеля штатной топливоподающей аппаратурой, а процесс сгорания этого эфира близок к процессу сгорания дизельного топлива [2].

Таблица – Физико-химические свойства дизельного (Д) топлива, рапсового масла (РМ) и их смеси Наменование Д+РМ (80+20)% Д+РМ (60+40)% Метиловый Д РМ показателя (по объему) (по объему) эфир РМ Плотность при 20 °С, кг/м3 830 916 848 865 Вязкость кинематическая при 20 °С, 3,8 75 9 19 мм2/с Коэффициент поверхностного натяже- 27,1 33,2 * * 30, ния при 20 °С, мН/м Теплота сгорания низшая, кДж/кг 42500 37300 41500 40400 Цетановое число 45 36 * * Температура самовоспламенения, °С 250 318 * * Температура помутнения, °С -25 -9 * * - Температура застывания, °С -35 -20 * * - Количество воздуха, необходимое для 14,3 12,6 13,9 13,5 12, сгорания 1 кг вещества, кг Массовое содержание,%: * * – углерода 87,0 78,0 77, – водорода 12,6 10,0 12, – кислорода 0,4 12,0 10, Общее массовое содержание серы, % 0,20 0,002 * * 0, Коксуемость 10%-го остатка, масс. % 0,2 0,4 * * 0, *-свойства не определялись Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА К сожалению, МЭРМ является химически активной жидкостью, поэтому при его исполь зовании в качестве самостоятельного топлива или как добавки к дизельному топливу топ ливные баки, топливопроводы и другие элементы конструкции, контактирующие с эфиром, должны иметь защитное покрытие. Кроме того, производство этого эфира отличается выра боткой побочных веществ, утилизация которых является отдельной экологической пробле мой.

Рапсовое масло хорошо смешивается с дизельным топливом. Эти смеси имеют свойст ва, позволяющие сжигать их в дизеле без внесения изменений в его конструкцию.

Смесевое топливо по сравнению с метиловым эфиром рапсового масла имеет следую щие преимущества: несложная технология получения;

высокая стабильность в хранении и растворении на молекулярном уровне.

В Финляндии в качестве топлива используют смесь рапсового масла и дизельного топ лива, обозначенную как R-33 и состоящую из 1/3 рапсового масла и 2/3 дизельного топлива.

Во Франции дизельное топливо разбавляют МЭРМ до 5%-ной концентрации, в Чехии это соотношение доводят до 30%. Вместо рапса используют и другие культуры. В Австралии в качестве добавок к дизельному топливу используют арахисовое и кокосовое масла. В Бра зилии фирма «Caterpiller» рекомендует смесь растительных масел (из соевых бобов, под солнечника или земляных орехов) с дизельным топливом в отношении 1:9 [3].

Высокие экологические свойства топлив из растительных масел, возобновляемость сырьевых ресурсов для производства этих топлив делают их наиболее перспективными из альтернативных топлив. Поэтому проводятся многочисленные исследования по адаптации дизелей к работе на растительных маслах и смесевом биотопливе.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 Гайворонский, А.И. Использование природного газа и других альтернативных топлив в дизельных двигателях / А.И. Гайворонский [и др.] -М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2007. -480 с.


2 Девянин, С.Н. Растительные масла и топлива на их основе для дизельных двигателей / С.Н. Девянин [и др.] -М.: Издательский центр ФГОУ ВПО МГАУ, 2007. -320 с.

3 Использование биологических добавок в дизельное топливо. -М.: ФГНУ «Росинфор магротех», 2007. -56 с.

4 Результаты испытаний и перспективы эксплуатации дизелей на биотопливе. -М.:

ФГНУ «Росинформагротех», 2008. -136 с.

5 Шкаликова, В.Н. Применение нетрадиционных топлив в дизелях / В.Н. Шкаликова, Н.Н. Патрахальцев. -М.: Изд-во РУДН, 1993. -64 с.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: альтернативное топливо, природный газ, спиртовые топлива, растительные масла СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ: Борисенко Юлия Владимировна, ст. преподаватель ФГОУ ВПО «НГАВТ»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 630099, г. Новосибирск, ул. Щетинкина, 33, ФГОУ ВПО «НГАВТ»

ОПТИМИЗАЦИЯ ПОРОВОЙ СТРУКТУРЫ ФИЛЬТРОВАЛЬНЫХ СЕТОК ДЛЯ ОЧИСТКИ ГОРЮЧЕ-СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА СУДАХ ФГОУ ВПО «Морской государственный университет им. адмирала Г.И. Невельского»

Г.П. Кича, А.В. Надежкин, Г.Г. Галстян THE OPTIMISATION OF CHANNEL STRUCTURES OF FILTERING GRIDS FOR CLEARING OF COMBUSTIVE-LUBRICATING MATERIALS ON SHIPS «Maritime state university named adm. G.I. Nevel’skoiy»

G.P. Kicha, A.V. Nadezkin, G.G. Galstyan Are resulted criteria of perfection channels structures woven filtering materials. Their integrated indicators are proved, it is good equaling with functional properties of woven filtering grids of a linen interlacing. The optimisation technique channels filtering structures is stated and the analysis of influence of their geometry on offered criteria and efficiency of self-recycled filters is presented.

Keywords: cloth filtering material, filtering grid, cleaning of the fuels and oils, the channel structure of materials, the optimization of channels structure, self-regenerating filter Приведены критерии совершенства поровых структур тканых фильтровальных материалов.

Обоснованы их интегральные показатели, хорошо согласующиеся с функциональными свойствами Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА тканых фильтровальных сеток полотняного переплетения. Изложена методика оптимизации поровых фильтровальных структур и представлен анализ влияния их геометрии на предлагаемые критерии и эффективность саморегенерирующихся фильтров.

В последние годы тканые фильтровальные материалы (ТФМ) полотняного и саржевого переплетения получили широкое распространение в саморегенерирующихся очистителях (фильтрах) топливных и смазочных систем судовых дизелей [1, 2]. Их гидравлические и фильтровальные характеристики должны хорошо восстанавливаться свои промывкой об ратным потоком очищаемой жидкости. Высокая эффективность регенерации фильтрующих элементов (ФЭ) при использовании ТФМ возможна при скоростях промывного потока, пре вышающих фильтровальный в несколько раз, что выдвигает довольно «жесткие» требова ния к прочностным характеристикам фильтровального материала (ФМ).

Целью проведенных исследований была оптимизация поровой структуры тканых фильтровальных сеток (ТФС) полотняного переплетения, чтобы наиболее рационально сбалансировать их пропускную и задерживающую способности с грязеемкостью и регенери руемостью.

Выбор параметров геометрии переплетения нитей ТФМ предусматривал получения требуемой тонкости и полноты отсева загрязнений при максимально возможных их пропускной способности и регенерируемости. Оптимизация поровой структуры ТФС осуществлялась для достижения высокой эффективности очистки горюче-смазочных материалов (ГСМ) от нерастворимых примесей и хоро шей регенерируемости ФЭ саморегенерирующихся фильтров (СРФ) с длительным периодом их работы без обслуживания.

В качестве объекта исследования взяты ТФС прямого (обратного) полотняного пере плетения [1], обеспечивающих расположением проволок утка вплотную и регулированием параметров геометрии сеток (шага основы Т o, диаметров основной do и уточной d у прово лок) высокие функциональные характеристики сеток.

Пористость m и гидравлический радиус l c сеток могут быть определены через показа тели их геометрии:

dо d у Tо cos dо d у m 1 ;

(1) d 4 2 о d у dо 3d у Tо cos 2 dо d у dо 3d у Tо cos m 2 lc, (2) 1 d о d у Tо cos где – половинный угол перекрестки уточных нитей (проволок) [1].

Через параметры m и l c рассчитывается показатель гидравлических свойств ФМ – ко эффициент проницаемости. Для сеток с регулярной поровой структурой он равен:

lc m Kп. (3) 5 1 m Другие важнейшие показатели ТФС, такие как площадь внутренней поры Sв в самом уз ком ее сечении, прочность сетки на растяжение Р, число наружных пор Nп на квадратный сантиметр поверхности могут быть найдены по формулам:

d 2 ctg dо dу 2 sin cos 10 2dо Tо cos ;

Sв о 2 (4) 2 2 4 sin 4cos dо p P ;

(5) 4 10 Tо Nп, (6) d уTо где, – угловые параметры внутренних треугольных пор ТФС [1, 2];

p – допустимое напряжение материала проволоки основы на растяжение.

По выражению (5) определяется прочность на разрыв полоски сетки шириной 1 мм.

Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА Вследствие особенностей структуры ТФС полотняного и саржевого переплетений число внутренних пор у них в два раза больше, чем наружных.

С учетом (4) коэффициент просветности внутренних и наружных пор ТФС соответствен но равен:

2Sв fв ;

(7) d уTо dу dо d у cos fн. (8) 8Tо sin 2Tо Большой интерес вызывает коэффициент формы поры в самом узком внутреннем ее сечении, так как он значительно влияет на гидравлику и регенерируемость ФМ. Численно этот коэффициент равен отношению площади Sв к площади вписанного круга 4Sв, (9) где – тонкость отсева внутреннего поры.

В большой мере на забиваемость ФМ отложениями и его гидравлические свойства влияют число пор на единицу поверхности материала и их форма. Внутренние поры ТФС правильной формы, то есть с наименьшим обладают наилучшей регенерируемостью при противоточной промывке. Если Sв и соответственно минимальны, то число пор на еди нице поверхности ФМ максимально. При фильтровании суспензии таким материалом из-за более редкой блокировки пор крупными частицами наблюдается менее интенсивный рост перепада давления.

Наряду с K п и Nп на регенерируемость, гидравлические свойства и особенно грязеемкость ТФС большое влияние оказывает пористость материала в связи с тем, что при промежуточном законе фильтрования часть загрязнений накапливается в поровом пространстве материала.

Следовательно, при высоком m у ФМ больше «внутренняя» грязеемкость.

Обобщенно эффективность ТФС полотняного и саржевого переплетения характеризу ется критерием 103 K п m Kф, (10) d уTо который удовлетворительно коррелирует с удельной пропускной способностью ф, регене рируемостью p и грязеемкостью gф материала (рисунок 1). От значения KФ зависят такие показатели сеток, как энергозатраты на фильтрование и регенерацию, ресурс необслужи ваемой работы фильтра и его надежность. Интегральная эффективность Эфс сеток рассчи тывается по перечисленным трем показателям при условии равенства коэффициентов ве сомости каждого из них.

Показатель ф (скорость фильтрации) определяли прокачкой через сетку загрязненного мо торного масла вязкостью 0,032 Па·с при перепаде давления 10 кПа. Под регенерируемостью p понимается способность ТФС к восстановлению ее гидравлической характеристики. Это отноше ние перепада давлений на сетке в начале цикла фильтрования к перепаду давлений после воз действия стандартизованного промывного потока. Грязеемкость gф оценивали по количеству накопленных фильтрующей перегородкой загрязнений при достижении перепада давления 0,1 МПа.

Анализ большого числа данных, полученных при моделировании эффективности различ ных поровых структур, позволил сформировать критерий их совершенства. Критерий совер шенства структуры тканого материала K с определяется соотношением параметров его геомет рии 10d у Kс. (11) Tо d о Системный подход к решению задачи глобальной оптимизации многоуровневых объек тов, к числу которых относится СРФ, требует применения декомпозиционных методов, по зволяющих решать многомерную задачу оптимизации путем деления ее на несколько под задач меньшей размерности. Многоуровневое приближение предполагает декомпозицию Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА всей системы на ряд подсистем, которые оптимизируются независимо одна от другой по ло кальному критерию.

Рисунок 1 – Зависимость функциональных характеристик ТФС от критерия KФ (показатели ф, p, g ф и Эфс приведены в % относительно эффективности базового варианта, который наиболее характерен при использовании тканых ФМ в СРФ) Применительно к тканым ФМ с регулярной поровой структурой локальными критериями опти мизации могут быть, K п, Р, Nп, K с и KФ. В отличие от материалов с хаотическим расположением волокон поровая структура тканых сеток управляема. Оптимизирующим фактором выступают па раметры геометрии ТФС: диаметр уточной и основной проволок, шаг основы.

Расчеты показывают, что наиболее рациональным способом увеличения полноты отсе ва загрязнителей с высокой долей тонкодисперсных фракций является не уменьшение, а двухступенчатое фильтрование поровыми структурами с приближением тонкость отсева наружного задерживающего участка [2] н к вплоть до их равенства.

В СРФ необходимо обеспечить наравне с высокой пропускной способностью качественную регенерацию ФЭ. При низкой регенерируемости ФМ сделать это трудно. Таким образом, при оп тимизации процесса очистки показатели первой группы для большинства ТФС могут быть ограни чивающими параметрами. Причем для ТФС важно обеспечить стабильное значение, так как пропуск в систему смазки абразивных частиц сверх допустимого размера может вызвать задиры деталей пар трения и аварию двигателя.

При оптимизации структуры ТФС по прочностным качествам целевой функцией являет ся показатель Р (вторая группа параметров оптимизации). Оптимизация по Р приводит к значительному ухудшению гидравлики и таких показателей сеток, как регенерируемость, грязеемкость. Функция отклика по Р не имеет явного максимума.

Локальными показателями оптимизации структуры ТФС были выбраны критерии K с и KФ. Показатели и Р принять ограничивающими параметрами. Действие локальных кри териев оптимизации на глобальный показатель эффективности систем очистки ГСМ скажет ся не только увеличением интенсивности фильтрования, но и уменьшением трудоемкости обслуживания и затрат энергии на функционирование СРФ, повышением их надежности ра боты при неограниченно высоком ресурсе необслуживаемой работы. Кроме того, высокие значения K с и KФ облегчают работу регенерирующего устройства СРФ с ТФС данного типа Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА и сокращают затраты энергии на регенерирование его ФЭ.

С учетом выше изложенного материала задача оптимизации структуры ТФС может быть представлена в виде:

KФ m, l c, Nп KФ d у, do,To max KФ ;

(12) K c d у, do,To max K c, (13) при ограничениях по требуемой тонкости отсева д, Р Р д, и прочности сетки где д, Р д – заданные тонкость отсева и прочность на разрыв ТФC.

Из уравнений (1)-(10) следует, что тонкость отсева, проницаемость, гидравлический ра диус, число пор на единицу поверхности, пористость и критерии эффективности ТФС явля ются нелинейными функциями параметров геометрии сеток d у, do и To. Кроме того, на вели чину оптимизируемых факторов из условий прочности и заданной тонкости отсева наклады вается ряд ограничений, задающих область их допустимых значений d у d у d у, do do, To To Tо.

Вследствие этого задача (1)-(13) классифицируется как задача нелинейного программи рования, которая решается методом штрафных функций [3, 4]. Метод позволяет преобразо вать исходную задачу с ограничениями в задачу безусловной минимизации путем построе ния функции цели вида [2]:

max 0, dо dо max 0, d у d у, d у d у max 0,To To,To To, (14) F K ф к где к – весовой коэффициент функции штрафа.

Оптимум полученной функции цели F находили методом последовательной безуслов ной оптимизации [4] с использованием библиотеки стандартных процедур ЭВМ.

Противоречивость в реализации требований высоких пропускной способности и прочно сти ТФС путем управления их структурой видна из рисунка 2. С увеличением диаметра про волоки основы прочностные показатели сетки растут, гидравлические ухудшаются. Регене рируемость ФМ, особенно при отфильтровании крупнозернистого загрязнителя, также свя зана с геометрией пор и, как правило, имеет наибольшее значение при Nп max и max, что от мечено при минимальном шаге основы и максимальном коэффициенте просветности fв внутренней поровой структуры.

Рисунок 2 – Влияние параметров геометрии на основные показатели ТФС Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА Согласно приведенным характеристикам (см. рисунок 2), экстремум наблюдается толь ко для функции Nп,, K п, l д do, обусловленной тем, что для сохранения при росте do на начальном этапе необходимо Т o уменьшать, после достижения Т o min – увеличивать. Высо кая грязеемкость ТФС обусловлена в большей мере величиной K п и m, для которых повы шение do неблагоприятно. Критерии совершенства структуры K с и эффективности ТФС KФ, достигнув максимума при малых значениях do, при дальнейшем увеличении этого парамет ра падают. Особенно интенсивно они понижаются со значения do, при котором Т o мини мально.

Увеличение d у способствует улучшению показателей K п, m, l c (см. рисунок 2), но уменьшает Nп, fн и fв. В целом критерии KФ и K с с увеличением диаметра уточной проволо ки растут из-за преобладающего влияния K п, m и fв по сравнению с Nп. Зависимость Nп d также имеет экстремум. Положительное влияние d у оказывает и на критерий K с совершен ства структурой ФМ.

Оптимизация поровой структуры ТФС по показателям K п и Nп подтвердила противопо ложное влияние на них параметров геометрии сеток do и d у при ограничении Сonst. Ко эффициент проницаемости при увеличении d у и уменьшении do возрастает и достигает максимума на границе области допустимых значений. Дальнейшее повышение d у приводит к нарушению постоянства тонкости отсева, а уменьшению do препятствует налагаемое ог раничение.

Уменьшение числа пор на единице поверхности ТФС по мере роста d у особенно значи тельно при большом диаметре проволоки основы. Падение Nп при увеличении d у заторма живается, если сопровождается уменьшением Т o, что наблюдается при малых значениях do.

При исследовании влияния геометрии сеток на другие критерии выявлено наличие экс тремума. Максимум функции K ф do вызван противоположным воздействием K п, m и Nп, на критерий эффективности ТФС. Такой же вид имеет зависимость K с от do при d у Сonst (см. рисунок 2). Максимальные значения K ф и K с наблюдаются при низких do и высоких d у.

Влияние параметров геометрии do, d у ТФС на максимальное значение критериев K ф и K с подтверждает значительную роль оптимизации структуры сеток в повышении эффектив ности тканых ФМ. Значение критериев совершенства структуры K с и эффективности K ф у оптимизированных ТФС в 2-6 раз выше, чем у обычных сеток.

Оптимизированная структура тканых ФМ обеспечивает существенное понижение гид равлического сопротивления и значительное увеличение грязеемкости и регенерируемости ТФС при сохранении их задерживающей способности. Приведенные характеристики – это перспектива развития ТФС. Технологические ограничения не позволяют сегодня реализо вать их полностью. Производственные возможности и условия эксплуатации тканых ФМ мо гут быть учтены при оптимизации структур сеток путем выбора значений dо, dо, d у, d у, Tо и Tо.

Результаты оптимизации ТФС с тонкостью отсева 20-50 мкм реализованы в поровых структурах сеток типа ОПВ и ПН. Они приведены в [1]. В ней осуществлено сравнение опти мизированных ТФС с сетками полотняного переплетения отечественного и зарубежного производства. Показано, что у новых тканых материалов оптимизированной структуры большие возможности. По показателям K ф и K с они превосходят сетки, выпускаемые по ГОСТ 3187-76, и лучшие зарубежные [5], широко рекламированные как сетки последнего по коления, в несколько раз.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 Кича, Г.П. Новые тканые материалы для саморегенерирующихся фильтров систем то пливо- и маслоочистки судовых энергетических установок / Г.П. Кича, Г.Г. Галстян, В.В. Та Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА расов // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дальнего Востока. -2009. -№2. -С. 209-213.

2 Кича, Г.П. Оптимизация и выбор параметров тканых сеток топливных и масляных са моочищающихся фильтров / Г.П. Кича, А.К. Артемьев, А.В. Надежкин // Двигателестроение. 1984. -№11. -С. 28-31.

3 Понтрягин, Л.С. Математическая теория оптимальных процессов / Л.С. Понтрягин, В.Г. Болтянский, Е.Ф. Мищенко. -М.: Наука, 1976. -392 с.

4 Химмельблау, Д. Прикладное нелинейное программирование / Д. Химмельблау. -М.:

Мир, 1975. -532 с.

5 Friedrichs, D. Neuartinge Filtertressen / D. Friedrichs // Aufbereitungs Technik. -1975. -Bd.

16, H.15. -S. 530-537.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: тканый фильтровальный материал, фильтровальная сетка, очистка топлив и масел, по ровая структура фильтроматериала, оптимизация поровых структур, саморегенери рующийся фильтр СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ: Кича Геннадий Петрович, докт. техн. наук, профессор ФГОУ ВПО «МГУ им. адм.

Г.И. Невельского»

Надежкин Андрей Вениаминович, канд. тех. наук, начальник лаборатории ФГОУ ВПО «МГУ им. адм. Г.И. Невельского»

Галстян Гарик Гагикович, курсант ФГОУ ВПО «МГУ им. адм. Г.И. Невельского»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 690059, г. Владивосток, ул. Верхнепортовая, 50а, ФГОУ ВПО «МГУ им. адм.

Г.И. Невельского»

ВЛИЯНИЕ УГАРА МОТОРНОГО МАСЛА НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ЕГО СТАРЕНИЯ В СУДОВОМ ДИЗЕЛЕ ФГОУ ВПО «Морской государственный университет им. адмирала Г.И. Невельского»

Г.А. Гаук INFLUENCE OF BURNING LUBRICATING OIL ON INTENSITY OF ITS AGEING IN ENGINE «Maritime state university named adm. G.I. Nevel’skoiy»

G.A. Gauk Results of motor tests of a diesel engine 6ЧСПН18/22 with different burning oil are resulted. Influence of burning lubricating oil М10Д2ЦЛ on intensity of its ageing and a limiting condition on various is considered on-boards. It is shown as burning oil and load diesel engine intensifies gumming and oxidation degree lubricating material, accelerates operation of additives and its pollution that causes decrease in service life of oil. At this burning lubricating oil 1,5-2,5 g/(kW·h), circulating oil and a diesel engine function in most of good conditions.

Keywords: burning lubricating oil, ageing oil, intensity pollution, operation of additives Приведены результаты моторных испытаний дизеля 6ЧСПН18/22 с разным угаром масла. Рас смотрено влияние угара масла М10Д2ЦЛ на интенсивность его старения по различным направлениям и предельное состояние. Показано интенсификация смолообразования и степени окисления смазоч ного материала, ускорение срабатывания присадок и его загрязнения при уменьшении угара и увели чении форсировки дизеля наддувом. Обоснован угар 1,5-2,5 г/(кВт·ч), при котором циркуляционное масло и дизель функционируют в самых благоприятных условиях.

Для обеспечения экономичной ресурсосберегающей и экологически безопасной экс плуатации ДВС моторное масло (ММ) должно быть подобрано с учетом форсировки, техни ческого состояния и режимов работы дизеля. Индикатором соответствия этих звеньев друг могут служить показатели работающего масла. Поэтому очень важно уметь рассчитать ста рение ММ с учетом форсировки дизеля и угара масла.



Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 15 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.